关键词：
Cu2ZnSnS4
光催化
PN结
半导体复合
摘要：
能源短缺和环境污染是当今人类社会所面临的两个主要问题,解决这些问题是实现人类社会可持续发展的迫切需要。太阳能作为一种重要的清洁能源,由于其储量丰富、价格便宜、无污染等众多优点,成为未来解决能源危机的一种最具潜力的新型能源。太阳能电池技术和光催化技术在太阳能的有效利用和生产实践中有着十分重要的地位。作为一种重要的光吸收层材料和光催化剂,硫属化合物Cu2ZnSnS4在薄膜太阳能电池领域和光催化领域都有着重要的应用。并且,Cu2ZnSnS4是一种p型窄禁带半导体,具有优良的光学性质,吸光系数达到了104cm-1,但是将Cu2ZnSnS4与其他半导体复合以制作成PN结来提高半导体光吸收能力和光生载流子分离能力的报道却很少。因此,对于Cu2ZnSnS4与其他半导体复合的研究以及对复合半导体性质的研究有着重要的意义。
在本论文中,我们以Cu2ZnSnS4作为对象研究了Cu2ZnSnS4的制备方法及生长过程,并详细研究了不同生长条件对其形貌及微结构的影响关系；通过将Cu2ZnSnS4同其他n型氧化物半导体复合,制备了Cu2ZnSnS4氧化物复合异质PN结材料,并详细研究了制备方法、能带匹配以及反应条件对光电性能的影响。
本论文主要内容如下：
在第一章中,我们首先介绍了在太阳能利用方面有重要地位的太阳能电池技术和太阳能光催化技术,并简要介绍了Cu2ZnSnS4目前的研究现状和存在的问题；其次,从半导体异质结的角度出发,从理论上表明将Cu2ZnSnS4同其他半导体材料复合用来拓展光谱响应范围和促进光生载流子分离的可行性：最后,基于Cu2ZnSnS4及Cu2ZnSnS4/半导体复合材料的潜在应用价值和重要意义,阐述了本论文工作的选题意义、研究思路和主要研究内容。
在第二章中,我们研究了Cu2ZnSnS4半导体材料的合成,并进一步研究了不同反应条件对于反应结果的影响。首先,利用溶剂热法合成Cu2ZnSnS4颗粒,对样品的结构、形貌、生长过程和吸光特性进行了研究；接着研究了不同反应条件对于反应结果的影响,研究结果表明不同的溶剂和硫源对于产物的组成和形貌都有影响,同时研究了不同表面活性剂（CTAB、PEG、C16mimCl和SDBS）对于反应结果的影响。
在第三章中,我们系统研究了新型复合半导体Cu2ZnSnS4@SnO2的生长过程和生成机理,并对其性质和应用进行了初步的表征。利用一步溶剂热法合成出新型复合半导体Cu2ZnSnS4@SnO2材料,对样品的结构、形貌、生长过程和生成机理进行了研究,揭示了SDBS在SnO2生成中的最重作用,并且研究发现,snO2的生成属于原位生长；运用电化学工作站对样品的光电性质进行了测试,并且通过对样品荧光特性的测试和对Cu2ZnSnS4和SnO2相对能带位置的分析,分别从实验上和理论上解释了复合半导体性质的提升,揭示了Cu2ZnSnS4@SnO2在光伏设备和光催化领域的潜在应用。
在第四章中,我们对复合半导体Cu2ZnSnS4@TiO2和Cu2ZnSnS4@ZnO的制备进行了初步的探索。利用简单的热退火法合成出新型复合半导体Cu2ZnSnS4@TiO2材料,对样品的结构和形貌进行了表征,且荧光强度的减弱证实了异质结结构的存在；利用ZnO替代ZnCl2作为锌源制备出形貌均一、结晶度高的微米花Cu2ZnSnS4,通过改变ZnO加入量探索了Cu2ZnSnS4@ZnO的合成,为成功合成复合半导体Cu2ZnSnS4@ZnO提出了指导性的思路。
在第五章中,对本论文的工作进行了总结,分析和讨论了现有研究工作存在问题,并为未来的工作进行了展望。
总之,Cu2ZnSnS4仁导体材料优越的光学特性和电学特性,使其在太阳能电池领域和光催化领域都发挥着十分重要的作用。研究Cu2ZnSnS4的合成方法,运用半导体复合技术解决Cu2ZnSnS4发展中遇到的问题,进一步提升Cu2ZnSnS4光电性质,对于实验室研究和生产实践都有着十分重要的指导意义。
